端齒輪凸輪活齒架輸出式內燃機的製作方法
2023-05-22 20:55:26 2
本發明涉及燃氣動力領域，更具體地說，是一種端齒輪凸輪活齒架輸出式內燃機。
背景技術：
目前使用較普遍的內燃機是往復式四衝程曲軸連杆型內燃機，這種內燃機的傳動結構都採用曲軸連杆機構，通過連杆帶動曲軸，從而將活塞的直線運動轉化為曲軸的旋轉運動。由於這種內燃機是靠活塞的直線運動和連杆的平面運動來驅使曲軸作旋轉運動，從而造成各運動副之間存在著較大的摩擦，導致內燃機傳動效率低。曲軸連杆型內燃機還有如下主要缺陷：體積大；連杆、曲軸上的不平衡離心力較大；衝擊大，振動大；並由此引起較大的機械磨損，使內燃機壽命縮短；結構複雜、加工、製造、裝配等都比較困難。
另外，通常內燃機與變速裝置是兩個獨立的機器，內燃機需另外安裝減速器用於後續變速，造成體積龐大。
技術實現要素：
本發明的目的是：為克服現有往復式四衝程曲軸連杆型內燃機存在的上述缺陷，本發明提供一種結構簡單緊湊、體積小、運轉平穩、功率大、壽命長、效率高的四衝程內燃機——端齒輪凸輪活齒架輸出式內燃機。
本發明為解決其技術問題所採取的技術方案是：一種端齒輪凸輪活齒架輸出式內燃機，主要由氣缸蓋(1)、進氣門(2)、排氣門(3)、氣缸(4)、缸體(5)、推桿(6)、活塞(7)、彈簧(8)、萬向球組件(9)、端齒輪凸輪(10)、鋼球活齒(11)、活齒架(12)、槽式兩相擺盤激波器(13)、輸出軸(14)、密封圈(15)、輸出端軸承蓋(16)、深溝球軸承(17)、套筒(18)、鍵(19)、螺釘(20)、深溝球軸承(21)、氣缸端軸承蓋(22)、鋼球(23)及起動系統、配氣系統、冷卻系統、供油系統、潤滑系統組成，其特徵在於：用槽式兩相擺盤端齒輪凸輪機構取代現有曲軸連杆型內燃機中的曲軸連杆機構，在端齒輪凸輪(10)的右邊設置八個氣缸(4)，八個氣缸(4)的頂端位於垂直於輸出軸(14)的軸線的同一平面內，所有氣缸(4)的軸心線都平行於輸出軸(14)的軸線，並與輸出軸(14)的軸線等距周向均布，八個活塞(7)分別放入八個氣缸(4)中，活塞(7)的軸向左右往復直線運動槽式兩相擺盤端齒輪凸輪機構轉變為輸出軸(14)的旋轉運動，端齒輪凸輪(10)將內燃機和槽式兩相擺盤端齒輪凸輪機構有機的融為一體，使內燃機無需再額外配備變速器。上述槽式兩相擺盤端齒輪凸輪機構由萬向球槽式四相凸輪機構和槽式二齒差擺盤活齒傳動機構有機的組合而成。其中，萬向球槽式四相凸輪機構由端齒輪凸輪(10)、萬向球組件(9)、推桿(6)、活塞(7)、彈簧(8)、缸體(5)組成，推桿(6)的一端與活塞(7)固定聯接，另一端通過螺紋聯接裝有萬向球組件(9)，萬向球組件(9)使推桿(6)與端齒輪凸輪(10)的右端槽式四相凸輪之間的聯接為滾動摩擦聯接，改變了現有往復式內燃機中活塞與連杆、連杆與曲軸之間的鉸鏈聯接關係，從而可大大提高功率傳遞效率，彈簧(8)的一端與活塞(7)聯接，另一端與氣缸(4)的底部聯接，彈簧(8)使推桿(6)上的萬向球組件(9)始終與端齒輪凸輪(10)右端的槽式四相凸輪保持接觸，端齒輪凸輪(10)通過深溝球軸承(21)支撐於輸出軸(14)上。槽式二齒差擺盤活齒傳動機構主要由端齒輪凸輪(10)、鋼球活齒(11)、活齒架(12)、槽式兩相擺盤激波器(13)、輸出軸(14)組成，其中端齒輪凸輪(10)的左端是槽式二齒差擺盤活齒傳動機構的端齒輪，活齒架(12)與輸出軸(14)之間通過鍵(19)周向固定聯接，槽式兩相擺盤激波器(13)通過螺釘(20)與缸體(5)固聯，槽式兩相擺盤激波器(13)的左邊是端齒輪凸輪活齒架輸出式內燃機的左邊殼體，右端是槽式兩相擺盤激波器，即是說槽式兩相擺盤激波器(13)將內燃機的左邊殼體和槽式兩相擺盤激波器合二為一，內燃機的左邊殼體和槽式兩相擺盤激波器也可以分別製造後再剛性連接成一個整體，輸出軸(14)的兩端通過一對深溝球軸承(17)分別支撐於槽式兩相擺盤激波器(13)和缸體(5)中，輸出軸(14)、端齒輪凸輪(10)、活齒架(12)和槽式兩相擺盤激波器(13)四個零件的軸心線重合，輸出端軸承蓋(16)、一對深溝球軸承(17)、套筒(18)、氣缸端軸承蓋(22)對活齒架(12)及輸出軸(14)進行了軸向固定；鋼球活齒(11)的個數Z11和端齒輪凸輪(10)的齒數即波數Z10相差為2；在活齒架(12)上開有Z11個軸向通孔，這Z11個軸向通孔的軸線與活齒架(12)的軸線平行，且關於活齒架(12)的軸線等距並周向均布，Z11個鋼球活齒(11)分別裝在活齒架(12)的Z11個半徑與鋼球活齒(11)半徑相同的軸向通孔內並可自由地軸向運動；鋼球活齒(11)與端齒輪凸輪(10)、槽式兩相擺盤激波器(13)和活齒架(12)同時保持嚙合接觸。在槽式二齒差擺盤活齒傳動機構中，鋼球活齒(11)的幾何中心的軌跡是一圓柱面曲線，該曲線所在的圓柱稱槽式二齒差擺盤活齒傳動機構的分度圓柱，也是槽式兩相擺盤端齒輪凸輪機構的分度圓柱，也是端齒輪凸輪(10)的分度圓柱，該分度圓柱的軸線與輸出軸(14)的軸線重合。上述八個氣缸(4)的軸心線都在槽式兩相擺盤端齒輪凸輪機構的分度圓柱面上。端齒輪凸輪(10)的右端是軸心對稱周向均勻分布的圓筒形槽式四相凸輪，該四相凸輪在上述分度圓柱面上的輪廓形狀是四段相同的軸向凸出曲線，每段凸出曲線對應的圓心角為90°，該四相凸輪的導槽截面為半徑與萬向球組件(9)中的鋼球(23)的半徑相同的圓弧，可通過選取恰當的活塞(7)軸向運動規律來確定該四相凸輪的軸向輪廓曲線，以使內燃機得到最佳的動力性、經濟性和排放指標；在槽式兩相擺盤激波器(13)的右端面上和端齒輪凸輪(10)的左端面上均沿周向開有軸心對稱、周向均勻分布的導槽，該兩周嚮導槽是鋼球活齒(11)隨活齒架(12)轉動的同時在活齒架(12)的軸向通孔中運動時所處一系列位置的包絡曲面，該兩周嚮導槽在軸截面內的形狀都是圓弧，圓弧的半徑與鋼球活齒(11)的半徑相同，該兩周嚮導槽的軌跡都是餘弦函數曲線沿圓柱面的分布，其中端齒輪凸輪(10)左端的周嚮導槽軌跡的餘弦函數周期數等於端齒輪凸輪(10)的齒數Z10，槽式兩相擺盤激波器(13)右端的周嚮導槽軌跡的餘弦函數周期數等於槽式兩相擺盤激波器(13)的軸向波幅數2，即是說槽式兩相擺盤激波器(13)的右端是槽式兩相凸輪，該兩相凸輪的輪廓在上述分度圓柱面上的形狀是兩個相同的軸向凸出部分，每個凸出部分對應的圓心角為180°；端齒輪凸輪(10)既是萬向球槽式四相凸輪機構中的凸輪，又是槽式二齒差擺盤活齒傳動機構中的端齒輪，使本發明內燃機結構緊湊。上述八個氣缸(4)中任意兩個相隔180°對稱布置的活塞(7)工作狀態同步，將工作狀態同步的兩個活塞(7)作為一組，四組活塞(7)依次進行吸氣衝程、壓縮衝程、氣體燃燒做功衝程和排氣衝程，相鄰兩組氣缸(4)相差一個衝程，對應於端齒輪凸輪(10)轉角的相位差為45°。活塞(7)通過推桿(6)的軸向直線往復運動使得端齒輪凸輪(10)旋轉，端齒輪凸輪(10)將動力經槽式二齒差擺盤活齒傳動機構傳給與活齒架(12)鍵聯接的輸出軸(14)，最後動力由輸出軸(14)輸出。
上述槽式二齒差擺盤活齒傳動機構中，鋼球活齒(11)與槽式兩相擺盤激波器(13)、活齒架(12)和端齒輪凸輪(10)均為多齒嚙合，且接觸面積大，故可實現大功率傳動。
本發明內燃機其他未提及的地方均採用現有技術。
與已有技術相比本發明的主要發明點在於：
①用槽式兩相擺盤端齒輪凸輪機構取代現有曲軸連杆型內燃機中的曲軸連杆機構，不但徹底去除了曲軸和連杆，而且活塞的軸向左右往復直線運動經槽式兩相擺盤端齒輪凸輪機構轉變為輸出軸的旋轉運動，端齒輪凸輪將內燃機和槽式兩相擺盤端齒輪凸輪機構有機的融為一體，使內燃機與變速裝置合二為一，得到了一種結構緊湊、小巧的新型大功率動力機器，氣缸軸向布置的設計使內燃機徑向尺寸大大減小。上述槽式兩相擺盤端齒輪凸輪機構由萬向球槽式四相凸輪機構和槽式二齒差擺盤活齒傳動機構有機的組合而成。其中，萬向球槽式四相凸輪機構由端齒輪凸輪、萬向球組件、推桿、活塞、彈簧、缸體組成，推桿的一端與活塞固定聯接，另一端通過螺紋聯接裝有萬向球組件，萬向球組件使推桿與端齒輪凸輪的右端槽式四相凸輪之間的聯接為滾動摩擦聯接，改變了現有往復式內燃機中活塞與連杆、連杆與曲軸之間的鉸鏈聯接關係，從而可大大提高功率傳遞效率，彈簧的一端與活塞聯接，另一端與氣缸的底部聯接，彈簧使推桿上的萬向球組件始終與端齒輪凸輪右端的槽式四相凸輪保持接觸，端齒輪凸輪通過深溝球軸承支撐於輸出軸上。
②槽式二齒差擺盤活齒傳動機構主要由端齒輪凸輪、鋼球活齒、活齒架、槽式兩相擺盤激波器、輸出軸組成，其中端齒輪凸輪的左端是槽式二齒差擺盤活齒傳動機構的端齒輪，活齒架與輸出軸之間通過鍵周向固定聯接，槽式兩相擺盤激波器通過螺釘與缸體固聯，槽式兩相擺盤激波器的左邊是端齒輪凸輪活齒架輸出式內燃機的左邊殼體，右端是槽式兩相擺盤激波器，即是說槽式兩相擺盤激波器將內燃機的左邊殼體和槽式兩相擺盤激波器合二為一，內燃機的左邊殼體和槽式兩相擺盤激波器也可以分別製造後再剛性連接成一個整體，輸出軸的兩端通過一對深溝球軸承分別支撐於槽式兩相擺盤激波器和缸體中，輸出軸、端齒輪凸輪、活齒架和槽式兩相擺盤激波器四個零件的軸心線重合，輸出端軸承蓋、一對深溝球軸承、套筒、氣缸端軸承蓋對活齒架及輸出軸進行了軸向固定；鋼球活齒的個數Z11和端齒輪凸輪的齒數即波數Z10相差為2；在活齒架上開有Z11個軸向通孔，這Z11個軸向通孔的軸線與活齒架的軸線平行，且關於活齒架的軸線等距並周向均布，Z11個鋼球活齒分別裝在活齒架的Z11個半徑與鋼球活齒半徑相同的軸向通孔內並可自由地軸向運動；鋼球活齒與端齒輪凸輪、槽式兩相擺盤激波器和活齒架同時保持嚙合接觸。在槽式二齒差擺盤活齒傳動機構中，鋼球活齒的幾何中心的軌跡是一圓柱面曲線，該曲線所在的圓柱稱槽式二齒差擺盤活齒傳動機構的分度圓柱，也是槽式兩相擺盤端齒輪凸輪機構的分度圓柱，也是端齒輪凸輪的分度圓柱，該分度圓柱的軸線與輸出軸的軸線重合。上述八個氣缸的軸心線都在槽式兩相擺盤端齒輪凸輪機構的分度圓柱面上。端齒輪凸輪的右端是軸心對稱周向均勻分布的圓筒形槽式四相凸輪，該四相凸輪在上述分度圓柱面上的輪廓形狀是四段相同的軸向凸出曲線，每段凸出曲線對應的圓心角為90°，該四相凸輪的導槽截面為半徑與萬向球組件中的鋼球的半徑相同的圓弧，可通過選取恰當的活塞軸向運動規律來確定該四相凸輪的軸向輪廓曲線，以使內燃機得到最佳的動力性、經濟性和排放指標；在槽式兩相擺盤激波器的右端面上和端齒輪凸輪的左端面上均沿周向開有軸心對稱、周向均勻分布的導槽，該兩周嚮導槽是鋼球活齒隨活齒架轉動的同時在活齒架的軸向通孔中運動時所處一系列位置的包絡曲面，該兩周嚮導槽在軸截面內的形狀都是圓弧，圓弧的半徑與鋼球活齒的半徑相同，該兩周嚮導槽的軌跡都是餘弦函數曲線沿圓柱面的分布，其中端齒輪凸輪左端的周嚮導槽軌跡的餘弦函數周期數等於端齒輪凸輪的齒數Z10，槽式兩相擺盤激波器右端的周嚮導槽軌跡的餘弦函數周期數等於槽式兩相擺盤激波器的軸向波幅數2，即是說槽式兩相擺盤激波器的右端是槽式兩相凸輪，該兩相凸輪的輪廓在上述分度圓柱面上的形狀是兩個相同的軸向凸出部分，每個凸出部分對應的圓心角為180°；端齒輪凸輪既是萬向球槽式四相凸輪機構中的凸輪，又是槽式二齒差擺盤活齒傳動機構中的端齒輪，使本發明內燃機結構緊湊。
③上述八個氣缸中任意兩個相隔180°對稱布置的活塞工作狀態同步，將工作狀態同步的兩個活塞作為一組，四組活塞依次進行吸氣衝程、壓縮衝程、氣體燃燒做功衝程和排氣衝程，相鄰兩組氣缸相差一個衝程，對應於端齒輪凸輪轉角的相位差為45°。活塞通過推桿的軸向直線往復運動使得端齒輪凸輪旋轉，端齒輪凸輪將動力經槽式二齒差擺盤活齒傳動機構傳給與活齒架鍵聯接的輸出軸，最後動力由輸出軸輸出。
④本發明內燃機的輸出軸的轉速取決於槽式二齒差擺盤活齒傳動機構的傳動比，而適當選擇槽式二齒差擺盤活齒傳動機構的配齒方案，可以實現速比微小的增(減)速傳動，而且仍然保持結構緊湊、質量小、體積小等諸多優點。
⑤上述槽式二齒差擺盤活齒傳動機構中，鋼球活齒與槽式兩相擺盤激波器、活齒架和端齒輪凸輪之間均為多齒嚙合，且接觸面積大，故可實現大功率傳動。
本發明與現有往復式四衝程曲軸連杆型內燃機相比，具有以下有益的技術效果：
1.振動小、噪聲小、運轉平穩
由於本發明內燃機採用槽式兩相擺盤端齒輪凸輪機構取代了現有曲軸連杆型內燃機中的曲軸連杆機構，徹底取消了曲軸和連杆，萬向球槽式四相凸輪機構和槽式二齒差擺盤活齒傳動機構都是軸對稱及中心對稱結構，沒有偏心質量和不平衡力，消除了因曲軸質量偏心、連杆作平面運動引起的慣性力和傾覆力矩以及由此產生的衝擊振動和噪聲，消除了連杆偏擺導致活塞拍擊氣缸壁造成的振動和噪聲，而且運轉平穩。本發明內燃機的八個氣缸均為軸向放置，沿周向均勻分布，其中任意兩個相隔180°對稱布置的活塞工作狀態同步，即：或同時吸氣、或同時壓縮、或同時氣體燃燒做功、或同時排氣，因此，衝擊力總是成對的出現，內燃機中的所有軸向力、徑向力等內力都內部自動相互抵消平衡，內燃機運轉平穩。
2.結構緊湊、體積小、重量輕
本發明內燃機採用軸向布置氣缸的設計，顯著地減小了整機的徑向尺寸；取消笨重複雜的曲軸連杆機構，代之以結構緊湊的槽式兩相擺盤端齒輪凸輪機構，該機構將內燃機與變速裝置合二為一，無需另配變速裝置，結構大幅縮減，並且槽式兩相擺盤端齒輪凸輪機構的軸向尺寸小。故本發明內燃機結構緊湊、體積小、重量輕。
3.可增速或減速大功率輸出
本發明內燃機的動力輸出軸與活齒架固聯，槽式二齒差擺盤活齒傳動機構以端齒輪凸輪輸入動力，槽式兩相擺盤激波器固定，活齒架輸出，輸出軸的轉速取決於槽式二齒差擺盤活齒傳動機構的傳動比，而適當選擇槽式二齒差擺盤活齒傳動機構的配齒方案，可以實現速比微小的增(減)速傳動，而且仍然保持結構緊湊、質量小、體積小等諸多優點。鋼球活齒與槽式兩相擺盤激波器、活齒架和端齒輪凸輪之間均為多齒嚙合，且接觸面積大。故內燃機可高速輸出動力，或低速大扭矩輸出動力，可廣泛應用於需大功率的領域，諸如小型發電機、直升機發動機、挖掘機、裝甲車等。
4.摩擦磨損小、油耗低、效率高、壽命長
本發明內燃機中，萬向球組件與端齒輪凸輪之間、鋼球活齒與端齒輪凸輪以及活齒架和槽式兩相擺盤激波器之間均為滾動摩擦聯接，取消了磨損嚴重、摩擦功耗大的曲軸連杆機構，傳動效率高。槽式兩相擺盤端齒輪凸輪機構可以實現兩相激波並保證其自身及其內部活齒的受力自動平衡，在傳動裝置中不存在一齒差活齒傳動中存在的慣性力、激振力和傾覆力矩等，從傳動原理上避免了傳動裝置的振動激勵，從而有利於提高傳動的效率，機械摩擦磨損也較小，油耗低，內燃機壽命較長。
5.可優化性強
槽式兩相擺盤激波器和端齒輪凸輪上的槽式凸輪的導槽軌跡曲線方程均為餘弦函數，且曲線方程形式簡單一致，利於優化設計。由於活塞的運動規律完全取決於端齒輪凸輪的導槽軌跡曲線，所以可通過選取恰當的活塞運動規律來設計凸輪輪廓，而恰當的活塞運動規律可使氣缸中的氣體燃燒充分、完善、燃料熱能利用率高。
6.結構簡單、工藝性好、生產成本低
本發明內燃機中的零件結構簡單、工藝性好、生產成本低，徹底取消了結構複雜、加工製造困難的曲軸和連杆，多採用鋼球、萬向球等通用性強、由專業廠商製造的標準零件，且萬向球組件中的鋼球的半徑與活齒架中的鋼球活齒的半徑相同，故槽式兩相擺盤激波器與端齒輪凸輪上的共三處槽式凸輪結構的導槽截面圓弧半徑均相同，可以共用一套加工工藝和刀具，方便製造降低成本。
附圖說明
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。但要特別指出的是，本發明的具體實施方式不限於下面實施例所描述的形式，所屬領域的技術人員在不付出創造性勞動的情況下，還可很容易地設計出其他的具體實施方式，因此不應將下面給出的具體實施方式的實施例理解為本發明的保護範圍，將本發明的保護範圍限制在所給出的實施例。
圖1是端齒輪凸輪活齒架輸出式內燃機的結構示意圖
圖2是圖1的A-A剖視圖
圖3是端齒輪凸輪的主視圖及左、右視圖
圖4是槽式兩相擺盤激波器的結構示意圖
圖5是活齒架的結構示意圖
圖6是萬向球組件的結構示意圖
圖7是端齒輪凸輪活齒架輸出式內燃機的沿其槽式兩相擺盤端齒輪凸輪機構的分度圓柱面的截面展開示意圖
圖8是端齒輪凸輪的三維模型
圖9是端齒輪凸輪的在其分度圓柱面上的截面示意圖
圖10是槽式兩相擺盤激波器的三維模型及導槽軌跡曲線圖
上述各附圖中圖識標號的標識對象是：1氣缸蓋；2進氣門；3排氣門；4氣缸；5缸體；6推桿；7活塞；8彈簧；9萬向球組件；10端齒輪凸輪；11鋼球活齒；12活齒架；13槽式兩相擺盤激波器；14輸出軸；15密封圈；16輸出端軸承蓋；17深溝球軸承；18套筒；19鍵；20螺釘；21深溝球軸承；22氣缸端軸承蓋；23鋼球。
具體實施例
圖1～圖10所示端齒輪凸輪活齒架輸出式內燃機，主要由氣缸蓋(1)、進氣門(2)、排氣門(3)、氣缸(4)、缸體(5)、推桿(6)、活塞(7)、彈簧(8)、萬向球組件(9)、端齒輪凸輪(10)、鋼球活齒(11)、活齒架(12)、槽式兩相擺盤激波器(13)、輸出軸(14)、密封圈(15)、輸出端軸承蓋(16)、深溝球軸承(17)、套筒(18)、鍵(19)、螺釘(20)、深溝球軸承(21)、氣缸端軸承蓋(22)、鋼球(23)等組成，其特徵在於：用槽式兩相擺盤端齒輪凸輪機構取代現有曲軸連杆型內燃機中的曲軸連杆機構，在端齒輪凸輪(10)的右邊設置八個氣缸(4)，八個氣缸(4)的頂端位於垂直於輸出軸(14)的軸線的同一平面內，所有氣缸(4)的軸心線都平行於輸出軸(14)的軸線，並與輸出軸(14)的軸線等距周向均布，八個活塞(7)分別放入八個氣缸(4)中，活塞(7)的軸向左右往復直線運動槽式兩相擺盤端齒輪凸輪機構轉變為輸出軸(14)的旋轉運動，端齒輪凸輪(10)將內燃機和槽式兩相擺盤端齒輪凸輪機構有機的融為一體，使內燃機無需再額外配備變速器。上述槽式兩相擺盤端齒輪凸輪機構由萬向球槽式四相凸輪機構和槽式二齒差擺盤活齒傳動機構有機的組合而成。其中，萬向球槽式四相凸輪機構由端齒輪凸輪(10)、萬向球組件(9)、推桿(6)、活塞(7)、彈簧(8)、缸體(5)組成，推桿(6)的一端與活塞(7)固定聯接，另一端通過螺紋聯接裝有萬向球組件(9)，萬向球組件(9)使推桿(6)與端齒輪凸輪(10)的右端槽式四相凸輪之間的聯接為滾動摩擦聯接，改變了現有往復式內燃機中活塞與連杆、連杆與曲軸之間的鉸鏈聯接關係，從而可大大提高功率傳遞效率，彈簧(8)的一端與活塞(7)聯接，另一端與氣缸(4)的底部聯接，彈簧(8)使推桿(6)上的萬向球組件(9)始終與端齒輪凸輪(10)右端的槽式四相凸輪保持接觸，端齒輪凸輪(10)通過深溝球軸承(21)支撐於輸出軸(14)上。槽式二齒差擺盤活齒傳動機構主要由端齒輪凸輪(10)、鋼球活齒(11)、活齒架(12)、槽式兩相擺盤激波器(13)、輸出軸(14)組成，其中端齒輪凸輪(10)的左端是槽式二齒差擺盤活齒傳動機構的端齒輪，活齒架(12)與輸出軸(14)之間通過鍵(19)周向固定聯接，槽式兩相擺盤激波器(13)通過螺釘(20)與缸體(5)固聯，槽式兩相擺盤激波器(13)的左邊是端齒輪凸輪活齒架輸出式內燃機的左邊殼體，右端是槽式兩相擺盤激波器，即是說槽式兩相擺盤激波器(13)將內燃機的左邊殼體和槽式兩相擺盤激波器合二為一，輸出軸(14)的兩端通過一對深溝球軸承(17)分別支撐於槽式兩相擺盤激波器(13)和缸體(5)中，輸出軸(14)、端齒輪凸輪(10)、活齒架(12)和槽式兩相擺盤激波器(13)四個零件的軸心線重合；輸出端軸承蓋(16)、一對深溝球軸承(17)、套筒(18)、氣缸端軸承蓋(22)對活齒架(12)及輸出軸(14)進行了軸向固定；鋼球活齒(11)的個數Z11和端齒輪凸輪(10)的齒數即波數Z10相差為2；在活齒架(12)上開有Z11個軸向通孔，這Z11個軸向通孔的軸線與活齒架(12)的軸線平行，且關於活齒架(12)的軸線等距並周向均布，Z11個鋼球活齒(11)分別裝在活齒架(12)的Z11個半徑與鋼球活齒(11)半徑相同的軸向通孔內並可自由地軸向運動；鋼球活齒(11)與端齒輪凸輪(10)、槽式兩相擺盤激波器(13)和活齒架(12)同時保持嚙合接觸。在槽式二齒差擺盤活齒傳動機構中，鋼球活齒(11)的幾何中心的軌跡是一圓柱面曲線，該曲線所在的圓柱稱槽式二齒差擺盤活齒傳動機構的分度圓柱，也是槽式兩相擺盤端齒輪凸輪機構的分度圓柱，也是端齒輪凸輪(10)的分度圓柱，該分度圓柱的軸線與輸出軸(14)的軸線重合。上述八個氣缸(4)的軸心線都在槽式兩相擺盤端齒輪凸輪機構的分度圓柱面上。端齒輪凸輪(10)的右端是軸心對稱周向均勻分布的圓筒形槽式四相凸輪，該四相凸輪在上述分度圓柱面上的輪廓形狀是四段相同的軸向凸出曲線，每段凸出曲線對應的圓心角為90°，該四相凸輪的導槽截面為半徑與萬向球組件(9)中的鋼球(23)的半徑相同的圓弧，可通過選取恰當的活塞(7)軸向運動規律來確定該四相凸輪的軸向輪廓曲線，以使內燃機得到最佳的動力性、經濟性和排放指標，本實施例按活塞(7)位移為正弦曲線的運動規律來確定該四相凸輪的軸向輪廓曲線；在槽式兩相擺盤激波器(13)的右端面上和端齒輪凸輪(10)的左端面上均沿周向開有軸心對稱、周向均勻分布的導槽，該兩周嚮導槽是鋼球活齒(11)隨活齒架(12)轉動的同時在活齒架(12)的軸向通孔中運動時所處一系列位置的包絡曲面，該兩周嚮導槽在軸截面內的形狀都是圓弧，圓弧的半徑與鋼球活齒(11)的半徑相同，該兩周嚮導槽的軌跡都是餘弦函數曲線沿圓柱面的分布，其中端齒輪凸輪(10)左端的周嚮導槽軌跡的餘弦函數周期數等於端齒輪凸輪(10)的齒數Z10，槽式兩相擺盤激波器(13)右端的周嚮導槽軌跡的餘弦函數周期數等於槽式兩相擺盤激波器(13)的軸向波幅數2，即是說槽式兩相擺盤激波器(13)的右端是槽式兩相凸輪，該兩相凸輪的輪廓在上述分度圓柱面上的形狀是兩個相同的軸向凸出部分，每個凸出部分對應的圓心角為180°；端齒輪凸輪(10)既是萬向球槽式四相凸輪機構中的凸輪，又是槽式二齒差擺盤活齒傳動機構中的端齒輪，使本發明內燃機結構緊湊。上述八個氣缸(4)中任意兩個相隔180°對稱布置的活塞(7)工作狀態同步，將工作狀態同步的兩個活塞(7)作為一組，四組活塞(7)依次進行吸氣衝程、壓縮衝程、氣體燃燒做功衝程和排氣衝程，相鄰兩組氣缸(4)相差一個衝程，對應於端齒輪凸輪(10)轉角的相位差為45°。活塞(7)通過推桿(6)的軸向直線往復運動使得端齒輪凸輪(10)旋轉，端齒輪凸輪(10)將動力經槽式二齒差擺盤活齒傳動機構傳給與活齒架(12)鍵聯接的輸出軸(14)，最後動力由輸出軸(14)輸出。
上述槽式二齒差擺盤活齒傳動機構中，鋼球活齒(11)與槽式兩相擺盤激波器(13)、活齒架(12)和端齒輪凸輪(10)均為多齒嚙合，且接觸面積大，故可實現大功率傳動。
圖8的左邊圖顯示了端齒輪凸輪(10)左端的端齒輪的形狀，圖8的右邊圖顯示了端齒輪凸輪(10)右端的圓筒形槽式四相凸輪的形狀；由圖9可見端齒輪凸輪(10)在其分度圓柱面上的形狀是：一邊(圖9中的上邊對應端齒輪凸輪的右端)的輪廓曲線由相同的四段軸向凸出曲線組成，即是四相凸輪輪廓，每段凸出曲線對應的圓心角為90度；另一邊(圖9中的下邊對應端齒輪凸輪的左端)是端齒輪的輪廓曲線。圖10中的黑色曲線為鋼球活齒(11)的幾何中心在槽式兩相擺盤激波器(13)的分度圓柱面上的軌跡。槽式兩相擺盤激波器(13)的分度圓柱面與槽式兩相擺盤端齒輪凸輪機構的分度圓柱面是重合的。
本發明所述內燃機的工作原理是：
當內燃機工作時，氣體燃燒對氣缸中的活塞(7)做功，其驅動力通過推桿(6)的直線往復運動作用於端齒輪凸輪(10)上，萬向球組件(9)的鋼球(23)在端齒輪凸輪(10)右端的槽式四相凸輪輪廓曲面上運動，推動端齒輪凸輪(10)逆時針旋轉，動力由端齒輪凸輪(10)經槽式二齒差擺盤活齒傳動機構傳給輸出軸(14)輸出；由於端齒輪凸輪(10)的旋轉，萬向球組件(9)的鋼球(23)沿著端齒輪凸輪(10)右端的槽式四相凸輪輪廓滾動從而通過推桿(6)使沒有做功的活塞(7)在氣缸(4)內滑動，完成吸氣、壓縮或排氣的任務。
如圖1、圖2、圖7所示，將八個氣缸(4)及其各自對應的萬向球組件(9)統一編號為a、b、c、d、e、f、g、h。在圖1、圖2、圖7中，將氣缸a和e、b和f、c和g、d和h各作為一組，則共有四組氣缸。設氣缸(4)a、e中的活塞(7)處於吸氣衝程的開始位置，氣缸(4)b、f中的活塞(7)處於壓縮衝程的開始位置，氣缸(4)c、g中的活塞(7)處於氣體燃燒做功衝程的開始位置，氣缸(4)d、h中的活塞(7)處於排氣衝程的開始位置，相鄰兩組活塞(7)的衝程進程相差一個衝程，對應於端齒輪凸輪(10)轉角的相位差為45°。則端齒輪凸輪(10)逆時針轉過45°以後，氣缸(4)b、f又開始燃燒做功，端齒輪凸輪(10)再逆時針轉過45°之後，氣缸(4)a、e又開始燃燒做功，氣缸(4)a、e燃燒做功完成以後接著是氣缸(4)d、h開始燃燒做功，之後又輪到氣缸(4)c、g燃燒做功，如此循環下去，使端齒輪凸輪(10)連續平穩地運轉，端齒輪凸輪(10)等角速度旋轉時其左端的端齒輪會推動鋼球活齒(11)在活齒架(12)的軸向通孔中沿軸向運動並與槽式兩相擺盤激波器(13)嚙合，由於端齒輪凸輪(10)對鋼球活齒(11)的作用和槽式兩相擺盤激波器(13)對鋼球活齒(11)的反作用，迫使鋼球活齒(11)推動活齒架(12)轉動，然後由與活齒架(12)鍵聯接的輸出軸(14)連續平穩地將動力和運動輸出。
為說明本發明內燃機的變速特性，設活齒架(12)的轉速為n12，鋼球活齒(11)的個數Z11＝8，端齒輪凸輪(10)的齒數和轉速分別為Z10＝10、n10＝1000r/min，槽式兩相擺盤激波器(13)固定(n13＝0)，則槽式二齒差擺盤活齒傳動機構的傳動比為：
故得輸出軸(14)的轉速n14＝n12＝1250r/min，可見，活齒架(12)、輸出軸(14)的轉向與端齒輪凸輪(10)相同，但轉速高於端齒輪凸輪(10)，內燃機增速輸出動力，可實現高轉速輸出。這種特性適合於需要高轉速領域，諸如小型發電機、直升機發動機。
若鋼球活齒(11)的個數Z11＝12，端齒輪凸輪(10)的齒數和轉速都不變，則：
得輸出軸(14)的轉速n14＝n12＝833r/min，可見，活齒架(12)、輸出軸(14)的轉向與端齒輪凸輪(10)相同，但轉速小於端齒輪凸輪(10)，內燃機減速輸出動力，這種特性適合於大扭矩輸出的場合，可廣泛應用於需大功率機械傳動的軍事、工程機械等領域，諸如坦克、裝甲車、挖掘機、推土機等。
總之，當端齒輪凸輪(10)的齒數大於鋼球活齒(11)的個數時，本發明內燃機可實現高轉速輸出；反可實現低速大扭矩輸出。
本實施例的內燃機還設置有起動系統、配氣系統、潤滑系統、供油系統和冷卻系統等。